GIS的水利水電工程三維可視化圖形仿真方法與應用

三維可視化技術是用于顯示描述和理解地下及地面諸多地質現(xiàn)象特征的一種工具,廣泛應用于地質和地球物理學的所有領域,是數(shù)據(jù)體中的一種象征,它能夠利用數(shù)據(jù)來測繪出地質的結構和圖層,檢查資料的連續(xù)性,同時能夠掃讀大量的資料,辨認資料的真?zhèn)?為分析數(shù)據(jù)和理解數(shù)據(jù)架起一座橋梁,也為重復數(shù)據(jù)起到了工具的作用。

第３０卷第１０期 ２?。啊。薄。材辏薄。霸?水　電　能　源　科　學 ｗａｔｅｒ?。颍澹螅铮酰颍悖澹蟆。幔睿洹。穑铮鳎澹?ｖｏｌ．３０ｎｏ．１０ ｏｃｔ．２?。啊。薄。?文章編號：１０００－７７０９（２０１２）１０－０１３９－０４ ｂｉｍ技術在水利水電工程可視化仿真中的應用 苗　倩 （天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津３０００７２） 摘要：為簡化水利水電工程施工可視化仿真系統(tǒng)的開發(fā)及應用，提出基于建筑信息模型（ｂｉｍ）的可視化仿真 方法，構造了工程建筑物的三維數(shù)字模型，并根據(jù)ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ軟件的數(shù)據(jù)組織形式，充分利用其可視化、四維 模擬功能及應用程序接口ａｐｉ，實現(xiàn)了工程施工過程的動態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢。工程實例驗證了 該方法的實用性及優(yōu)勢。 關鍵詞：水利水電工程；建筑信息模型；ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ軟件；可視化仿真 中圖分類號：ｔｖ５１２文獻標志碼：ａ 收稿日期

軟件應用·softwareapplication bim技術在水利水電工程可視化仿真中的應用 科技 信息 供系 水電 真技 及實 應用 工程 【關鍵詞】bim技術水利水電工程可視化仿 真 在水利水電的工作中，可視化仿真技術 通過動畫的形式，將復雜的施工過程形象的演 示出來，并以圖形的形式將系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù) 呈現(xiàn)出來，為施工提供科學、有效的依據(jù)。將 bim技術應用到水利水電工程的可視化仿真 技術中，可以之間將施工過程演示出來，簡化 了可視化仿真技術的應用與開發(fā)過程。 1實現(xiàn)可視化仿真技術的平臺 水利水電工程中，可視化仿真技術會涉 及到空間地理信息的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如施工地形、 水利樞紐布局等，同時還需要將建筑施工、地 形深挖等邏輯關系反映出來，如此繁雜的工作 需要軟件平臺來實現(xiàn)一一navisworks軟件。 navis

在系統(tǒng)總結近年來三維可視化在水利水電工程領域所取得的研究成果的基礎上,綜述了水利水電工程三維可視化研究進展,對水利水電工程三維可視化的研究現(xiàn)狀、技術路線、應用效果、應用實例和應用前景依次進行了分析,認為其應用前景廣泛。

提出了基于地理信息系統(tǒng)(gis)的水利水電工程三維動態(tài)可視化仿真技術,實現(xiàn)圖形輔助仿真建模、全過程動態(tài)仿真計算和基于gis的仿真可視化。圖形輔助建模采用層次化和模塊化建模思想,通過組合圖形元素建立模型,有效地降低了建模的復雜性。全過程動態(tài)仿真采用“雙仿真鐘”模式,兼顧了仿真的整體性和細節(jié)性,對整個施工動態(tài)過程進行仿真。用gis實現(xiàn)仿真的三維可視化改變傳統(tǒng)的仿真結果的表現(xiàn)模式,為施工系統(tǒng)分析和管理提供了一個有力的工具。實際工程應用證明了該方法的有效性。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的逐漸提升,水利水電工程的規(guī)模和數(shù)量都得到較大幅度的發(fā)展,為保證水利水電工程的質量和使用性能,人們嘗試將建筑物三維可視化建模技術與水利水電工程相結合,本文以大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術為研究對象,結合某大型水利水電工程建筑物,對數(shù)據(jù)建模,建筑物建模思路進行分析,并針對大型水利水電工程建筑物幾何建模技術、形象建模技術、三維顯示技術等展開研究,為加深對大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術的認識,提升我國大型水利水電工程建筑物的整體性能作出努力。

以紫坪鋪水利樞紐為研究對象對大型水利水電工程建筑物可視化建模技術進行了深入研究.首先對紫坪鋪水利樞紐建筑物的數(shù)據(jù)模型進行了分析并明確了建模思路,即面向對象技術和結構化方法,然后對于不同類型的建筑物采用不同的幾何實體建模技術分別建立它們的幾何模型,再通過形象建模和三維顯示形成各建筑物的最終三維仿真模型并于屏幕上顯示輸出.由于可視化建模技術所涉及的工程信息數(shù)字化、可視化屬于“數(shù)字水利”的研究范疇,所以該技術本身就成為了“數(shù)字水利”工程的重要組成部分.

以貴州蒙江灰洞水電站的三維設計為例,詳細介紹三維可視化設計在水利水電工程中的應用體會,展示三維可視化設計技術在土木工程中應用的廣闊前景。圖7幅。

提出了基于地理信息系統(tǒng)(gis)的水電工程施工三維動態(tài)可視化仿真方法,包括仿真建?？梢暬?、仿真計算過程可視化及仿真結果可視化,并以混凝土壩施工仿真為例,進行了實例研究,為制定合理的大壩施工組織計劃提供了科學依據(jù)。

針對水電工程施工進度計劃難以用傳統(tǒng)方法簡便直觀描述的難題,基于gis平臺,采用三維可視化技術,提出了水電工程施工進度三維動態(tài)可視化方法;構造了施工進度三維可視化數(shù)字模型,實現(xiàn)了模型的動態(tài)顯示、交互操作、空間分析以及施工進度可視化仿真等功能.通過在水電工程中的實際應用,表明采用施工進度三維動態(tài)可視化方法能夠形象表達施工進度,動態(tài)描述施工進度中各環(huán)節(jié)之間復雜的動態(tài)時空邏輯關系,對于提高水電工程設計與管理現(xiàn)代化水平具有現(xiàn)實意義.

該文提出了基于gis和三維可視化平臺的水利水電施工系統(tǒng)模型三維可視化結構及施工過程.首先介紹了基于gis的三維可視化,討論了構建三維可視化數(shù)字模型的方法,然后介紹了地形數(shù)字化技術、特征建模技術,最后,技術路線表明,該方法具有良好的實用性.

借助gis強大的三維建模及可視化分析功能,以湖北省崇陽地區(qū)1:50000區(qū)域地質成果為例,基于地理矢量數(shù)據(jù)、地質矢量數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù),利用地形數(shù)據(jù)構建數(shù)字高程模型(dem),將dem與遙感圖像疊合生成三維影像圖,建立集地形、地質、遙感等數(shù)據(jù)為一體的三維可視化模型,解決傳統(tǒng)二維地質圖件用于表示三維地質不直觀等問題,提高地質空間分析的能力。

傳統(tǒng)工程地質資料的描述和解釋直觀性差,往往不能充分揭示地質構造空間變化的規(guī)律,所以越來越難以滿足設計人員進行空間地質分析的要求,文章利用gis和可視化技術,提出了水電工程地質信息數(shù)字化與三維可視化方法,實現(xiàn)了地質信息的可視化分析,工程應用表明該方法可為直觀描述復雜地質構造的空間展布及其相互關系,以及進行工程地質交互設計提供有效的途徑

水利水電工程勘測設計是工程建設過程最重要的環(huán)節(jié)和主要依據(jù),目前我國水利水電工程勘測設計行業(yè)的技術水平仍停留在傳統(tǒng)設計模式和二維設計階段。先進的三維協(xié)同設計及仿真技術可以提高水利水電工程設計質量、效率和水平,能夠優(yōu)化設計流程、提高設計信息的共享程度與復用性,從而全面提高勘測設計企業(yè)的科技實力和綜合競爭力。

針對當前可視化圖形仿真技術在水利工程領域應用要求的特點,介紹了紫坪鋪水利樞紐三維可視化圖形仿真系統(tǒng)的開發(fā).首先,對紫坪鋪水利樞紐三維可視化圖形仿真系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析,然后采集數(shù)據(jù)并進行仿真計算,再將所得數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫的形式保存并對數(shù)據(jù)庫進行加工處理,將空間數(shù)據(jù)(矢量數(shù)據(jù)、形體數(shù)據(jù)等)和各種屬性信息集成在一起,在這些數(shù)據(jù)庫的基礎上建立紫坪鋪水利樞紐的三維可視化仿真模型.開發(fā)了一個能科學、直觀、逼真地表現(xiàn)紫坪鋪水利樞紐施工總體布置三維可視化圖形仿真系統(tǒng),為工程施工管理決策提供依據(jù).

該文基于gis平臺,采用三維可視化技術,提出了實現(xiàn)水利水電工程施工系統(tǒng)三維可視化數(shù)字模型的構造與施工過程動態(tài)仿真的方法。文中首先闡述了基于gis的三維可視化原理,接著探討了三維可視化數(shù)字模型的構造方法,然后詳細介紹了地形數(shù)字化技術,靜態(tài)地物實體建模技術,動態(tài)實體模擬方法,以及施工過程動態(tài)仿真途徑。最后給出了幾個應用實例,表明本方法具有較好的實用性

系統(tǒng)地總結和分析了三維空間建模的基本理論、計算機圖形學三維幾何建模理論,在廣泛收集和整理現(xiàn)有研究成果的基礎上,針對水利水電工程地質三維建模的實際需求,探討了更為合理的實用的水利水電工程三維地形統(tǒng)一建模的方法和思路。

土石開挖可視化設計作為水利水電工程建設的一個重要環(huán)節(jié)，對于提高工程質量有著很大作用。因此，優(yōu)化水利水電工程的土石開挖可視化設計對水利水電工程建設的未來發(fā)展是十分重要的，文章通過對水利水電工程土石方開挖可視化設計的影響因素和設計方法進行研究，旨在為未來工程建設發(fā)展提出建議。

可視化仿真技術是計算機可視化技術和系統(tǒng)仿真技術相結合形成的一種新型的仿真技術?？梢暬抡娴睦碚摵头椒òㄈ^程動態(tài)仿真理論、圖形輔助仿真建模方法、基于gis的三維動態(tài)數(shù)字模型構造及其可視化方法、基于gis的三維動態(tài)演示方法及基于gis的交互式可視化仿真系統(tǒng)結構等,實現(xiàn)了仿真建模、仿真計算過程及成果的可視化。在此基礎上,深入研究了復雜水電工程地下廠房施工系統(tǒng)的可視化仿真與優(yōu)化、水電工程施工導截流三維動態(tài)可視化仿真、混凝土壩施工過程三維動態(tài)可視化仿真及優(yōu)化、水電站施工總布置可視化仿真等問題,并結合溪洛渡工程應用,研制開發(fā)了相應的可視化仿真軟件esas、cdmis、damsim、clmis。所開發(fā)的軟件系統(tǒng)內容豐富,可操作性強,人機界面友好,易維護,有良好的拓展性。該項研究為復雜大型工程施工組織設計提供了科學的理論方法和先進的技術手段,大大地提高了水利水電工程設計與管理的現(xiàn)代化水平。

為更加實時、直觀地體現(xiàn)礦井信息及三維地學信息,本文運用arcgis軟件與sketchuppro軟件,分別建立礦井三維地層模型,地表景觀模型與工程巷道模型,最終在.net與arcengine編程環(huán)境中實現(xiàn)原型系統(tǒng)集成并進行二次開發(fā).經(jīng)實踐證明,本技術方案所實現(xiàn)的礦井模型三維可視化效果形象直觀、沉浸感強,成果切實可靠.這對煤礦開采設計水平的提高及其應急管理決策支持軟件的研發(fā)有一定的借鑒意義.

aim軟件可在高度可視化的三維模型中快速完成設計方案,尤其適合于水利水電工程中的施工總布置規(guī)劃設計。利用三維展示軟件aim可幫助項目工程師、規(guī)劃工程師和gis專家更加輕松地創(chuàng)建、瀏覽、溝通和評估項目設計方案,從而為更快地通過項目評審提供決策依據(jù)。

在我國,水利水電工程屬于規(guī)模較大、難度較強、高新技術應用率較高的大規(guī)模工程。水里水電工程在進行開發(fā)和實施過程中,最為基礎和關鍵的部分,就是對工程施工的設計,而水利水電工程的設計,則需要考慮多種因素,需要多領域多專業(yè)的配合才能做到的。因此,水利水電工程的設計要求精確迅速,以達到誤差少,節(jié)省資源等目的。近年來,水利水電工程設計研發(fā)出三維設計軟件并得以應用,三維設計軟件從一定程度上提升了工程設計的效率和效果,特別是三維協(xié)同設計。